(57)【要約】【課題】  従来、窒素ガスの製造は、ＰＳＡ方式の場合、装置が大形で電磁弁等のメンテナンスに難点があり、膜分離方式の場合、窒素ガス純度は９５〜９９．９％程度であり、深冷分離方式の場合、９９．９９９％以上の高純度の窒素ガスが得られるが大規模な設備が必要であった。  また、酸素ガスに水素ガスを反応させることで窒素ガス純度を高める際には、水素ガスの漏れ、水素ガスの圧力管理、窒素ガスの純度、窒素ガスの圧力、酸素ガスに水素ガスを反応させることで発生する熱等の管理を必要としたが、その様な発想のものは無かった。【解決手段】  酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気３０１に、水素ガスを添加して混合ガスとし、触媒３１に接触させることで水素ガスと酸素ガスを反応させ水を作り出すことで酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気３０１の中に含まれた酸素ガスの含有を０％または０％に近い純度の高い窒素ガス３０３を作り出す過程で、安全確認手段２２、３２、４７、４９、５２を設けた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度の高い窒素ガスを作り出す窒素ガスの製造方法に於いて、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気（３０１）に、水素ガスを添加して混合ガスとし、前記混合ガスを触媒（３１）に接触させることによって前記水素ガスと前記酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気（３０１）に含まれている酸素ガスを反応させ水を作り出すことで前記酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気（３０１）の中に含まれた前記酸素ガスの含有を０％または０％に近い純度の高い窒素ガス（３０３）を作り出す過程で、安全確認手段（２２、３２、４７、４９、５２）を設けたことを特徴とする窒素ガスの製造方法。
【請求項２】
各ガス成分の膜に対する透過量の差を利用する分離膜（８０）または高圧力下で特定のガスを吸着し低圧力下で特定のガスを吐き出すＰＳＡ方式による装置（９０）に圧縮空気を送り込むことにより、酸素富化ガス（３０４、３０５）を排除し前記酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気（３０１）の中の酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体を作り出すことを特徴とする請求項１に記載の窒素ガスの製造方法。
【請求項３】
前記安全確認手段（５２）は、前記水素ガスのガス洩れを検知するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒素ガスの製造方法。
【請求項４】
前記安全確認手段（２２）は、前記水素ガスの圧力を自動的に制御するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒素ガスの製造方法。
【請求項５】
前記安全確認手段（３２）は、前記混合ガスを触媒（３１）に接触させることによって発生する温度の異常を検知するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒素ガスの製造方法。
【請求項６】
純度の高い窒素ガスを作り出す窒素ガスの製造装置に於いて、酸素富化ガス（３０４、３０５）を排除し圧縮空気より酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体を作り出す窒素ガス製造装置（８０、９０）と、前記酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体に前記酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体より圧力の高い水素ガスを送り込み混合ガスを作り出す水素ガス発生装置（２０）と、前記混合ガスの前記酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体に含まれている酸素ガスと前記水素ガスから水を作り出す反応を促進させる触媒槽（３０）と、前記水素ガスのガス洩れを検知する水素検出器（５２）を配設したことを特徴とする窒素ガスの製造装置。
【請求項７】
前記水素ガスの圧力を自動的に制御する圧力スィッチ（２２）を、水素ガス配管（２０５）に於いて減圧弁（２１）を中心に前記水素発生装置（２０）と反対の側に配設したことを特徴とする請求項６に記載の窒素ガスの製造装置。
【請求項８】
前記混合ガスを触媒（３１）に接触させることで発生する温度の異常を検知する温度検出器（３２）を配設したことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の窒素ガスの製造装置。
【請求項９】
純度の高い窒素ガスに含まれた不純物としての酸素ガスの濃度の異常を検知する酸素濃度計（４７）と純度の高い窒素ガスの圧力を自動的に制御する圧力スィッチ（４９）を、窒素ガス配管（２０８）の最終排出部の近傍に配設したことを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の窒素ガスの製造装置。
【請求項１０】
前記窒素ガス製造装置（８０、９０）は、各ガス成分の膜に対する透過量の差を利用する分離膜（８０）または高圧力下で特定のガスを吸着し低圧力下で特定の圧力を吐き出すＰＳＡ方式による装置（９０）であることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の窒素ガスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、窒素ガスの製造方法および製造装置に関する技術であって、更に詳細に述べると、金属加工や、ハンダ付けや、射出成形に際してのやけ防止や、食品の貯蔵に使用する等酸素ガスの少ない純度の高い窒素ガスを容易に安価に安全に作り出す技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、窒素ガスの製造方法および製造装置に関する技術としては、ＰＳＡ方式と膜分離方式と深冷分離方式の３種類が一般的であった。【０００３】  その中で、ＰＳＡ方式は、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ、の略称を意味していて、圧縮空気を活性炭の一種である吸着材に通し、高圧力下で特定のガスを吸着し低圧力下で特定のガスを吐き出すという吸着材の特性を利用して、圧縮空気から酸素ガス等を吸着することで窒素ガスを分離する方式である。この場合、ヒートレス・ドライヤと同様の原理をもち、装置は２筒式で膜分離式よりも大形となり、電磁弁などのメンテナンス負荷もかかっていた。  尚、窒素ガス純度は通常９９〜９９．９９９９％程度であった。【０００４】  一方、膜分離方式は、圧縮空気を中空糸状の高分子膜である中空糸膜内に送り込み、圧縮空気に含まれている各ガス成分の膜に対する透過量の差を利用して窒素ガスを分離する方式である。  この場合には、ＰＳＡ方式よりも小形でメンテナンス負荷も小さい反面、窒素ガス純度は９５〜９９．９％程度であるため、高純度のニーズに対しては適していなかった。【０００５】  また、深冷分離方式は、大量と高純度のニーズ向けのもので、空気を冷却して分離生成していた。  例えば、空気を−１９０℃前後にした場合には、窒素の沸点は−１９５．８℃であり酸素の沸点は−１８３．０℃であるので、酸素は分離出来る。  この場合、９９．９９９％以上の高純度の窒素ガスが得られるが、大規模な設備が必要であった。  一方、供給は、タンクローリーによる搬送の他、大口ユーザーの工場敷地内や隣接地にプラントを設置してパイピングする方式も採られていた。【０００６】  この場合、従来のＰＳＡ方式や膜分離方式による窒素ガスの製造方法および製造装置に関する技術に加えて、更に窒素ガス純度を高めようとする際には、また圧縮空気から純度の高い窒素ガスを作ろうとする場合には、不純物として含まれているまた圧縮空気に含まれている、酸素ガスに水素ガスを反応させることで容易に達成することが出来た。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかしながら、このような従来の、窒素ガスの製造方法および製造装置に関しては、以下に示すような課題があった。【０００８】  まず、ＰＳＡ方式の場合、装置が大形となり、電磁弁等の装置のメンテナンスに難点があった。【０００９】  次に、膜分離方式の場合、窒素ガス純度は９５〜９９．９％程度となるため、高純度のニーズには適しなかった。【００１０】  また、深冷分離方式の場合、９９．９９９％以上の高純度の窒素ガスが得られるが、大規模な設備が必要であった。【００１１】  更に、酸素ガスに水素ガスを反応させることで窒素ガス純度を高めようとする際には、水素ガスの漏れ、水素ガスの圧力管理、窒素ガスの純度、窒素ガスの圧力、酸素ガスに水素ガスを反応させることで発生する熱等の管理を必要としたが、その様な発想のものは無かった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本発明は、純度の高い窒素ガスを作り出す窒素ガスの製造方法に於いて、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気３０１に、水素ガスを添加して混合ガスとし、前記混合ガスを触媒３１に接触させることによって前記水素ガスと前記酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気３０１に含まれている酸素ガスを反応させ水を作り出すことで前記酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気３０１の中に含まれた前記酸素ガスの含有を０％または０％に近い純度の高い窒素ガス３０３を作り出す過程で、安全確認手段２２、３２、４７、４９、５２を設けたことを特徴とし、更には、各ガス成分の膜に対する透過量の差を利用する分離膜８０または高圧力下で特定のガスを吸着し低圧力下で特定のガスを吐き出すＰＳＡ方式による装置９０に圧縮空気を送り込むことにより、酸素富化ガス３０４、３０５を排除し前記酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気３０１の中の酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体を作り出すことを特徴とし、更には、前記安全確認手段５２は、前記水素ガスのガス洩れを検知するものであることを特徴とし、更には、前記安全確認手段２２は、前記水素ガスの圧力を自動的に制御するものであることを特徴とし、更には、前記安全確認手段３２は、前記混合ガスを触媒３１に接触させることによって発生する温度の異常を検知するものであることを特徴とすることによって、上記課題を解決したのである。【００１３】  また本発明は、純度の高い窒素ガスを作り出す窒素ガスの製造装置に於いて、酸素富化ガス３０４、３０５を排除し圧縮空気より酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体を作り出す窒素ガス製造装置８０、９０と、前記酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体に前記酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体より圧力の高い水素ガスを送り込み混合ガスを作り出す水素ガス発生装置２０と、前記混合ガスの前記酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体に含まれている酸素ガスと前記水素ガスから水を作り出す反応を促進させる触媒槽３０と、前記水素ガスのガス洩れを検知する水素検出器５２を配設したことを特徴とし、更には、前記水素ガスの圧力を自動的に制御する圧力スィッチ２２を、水素ガス配管２０５に於いて減圧弁２１を中心に前記水素発生装置２０と反対の側に配設したことを特徴とし、更には、前記混合ガスを触媒３１に接触させることで発生する温度の異常を検知する温度検出器３２を配設したことを特徴とし、更には、純度の高い窒素ガスに含まれた不純物としての酸素ガスの濃度の異常を検知する酸素濃度計４７と純度の高い窒素ガスの圧力を自動的に制御する圧力スィッチ４９を、窒素ガス配管２０８の最終排出部の近傍に配設したことを特徴とし、更には、前記窒素ガス製造装置８０、９０は、各ガス成分の膜に対する透過量の差を利用する分離膜８０または高圧力下で特定のガスを吸着し低圧力下で特定の圧力を吐き出すＰＳＡ方式による装置９０であることを特徴とすることによって、��記課題を解決したのである。
【発明の効果】
【００１４】  以上の説明から明らかなように、本発明によって、以下に示すような効果をあげることが出来る。【００１５】  第一に、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気に、水素ガスを添加して混合ガスとし、その混合ガスを触媒に接触させることによって水素ガスと酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気に含まれている酸素ガスを反応させ水を作り出すことでその中に含まれた酸素ガスの含有を０％または０％に近い純度の高い窒素ガスを作り出す過程で、各種の安全確認手段を設けることで、安全に安価に容易に、純度の高い窒素ガスを作り出すことが可能となった。【００１６】  第二に、水を作り出すことで発生した高温の水蒸気を含む比較的純度の高い窒素ガスを冷却し、水や各種の異物を除去することで、安全に安価に容易に、乾燥した塵埃の無い比較的純度の高い窒素ガスを作り出すことが可能となった。【００１７】  第三に、この装置の場合、圧縮空気は当然のことながら、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体を作り出すＰＳＡ方式によるものでも膜分離方式によるものでも深冷分離方式によるものでも、その他の方式によるものでも全てに対応が可能であった。【００１８】  第四に、水素ガスや窒素ガスに関する圧力スィッチとそれに連動した電磁開閉弁、水素ガスのガス漏れを検知する水素検出器、温度上昇の以上を検出する温度検出器、酸素濃度の異常を検出する酸素濃度計等の安全確認手段によって、安全装置としての機能が格段に向上した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】  以下、本発明による窒素ガスの製造方法および製造装置の実施の形態を、図面と共に詳細に説明する。
ここで、図１は、本発明の全体図であり、図２は、本発明の全体図の上流に付加する分離膜の図であり、図３は、本発明の全体図の上流に付加するＰＳＡ方式による装置の図である。【００２０】  図１に見られるように、１１は開閉弁であり、手動によって開閉可能となっている。  この場合、流入する酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気３０１は、第一実施例に見られるエアーコンプレッサによって作り出した圧縮空気をそのまま使用しても、第二実施例に見られる分離膜によって作り出した酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体でも、第三実施例に見られるＰＳＡ方式による装置によって作り出した酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体でも構わない。【００２１】  尚、開閉弁１１に関しては、以降に述べる開閉弁２５、４１、４６、５１を含め、電動モータや電磁石を使用して自動的に開閉することも考えられる。【００２２】（第一実施例）
先ず、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気３０１に関しては、エアーコンプレッサによって作り出した圧縮空気をそのまま使用したものである。【００２３】  ここで、開閉弁１１には、気体配管２０４と、混合ガス配管２０６と、触媒槽３０と、窒素ガス配管２０７と、冷凍式エアードライヤ４０と、窒素ガス配管２０８と、開閉弁５１に記載の順に接続し、開閉弁５１より純度の高い窒素ガス３０３を排出することが可能となっている。【００２４】  この場合、気体配管２０４の途中には、下流の圧力計１３の側から上流の開閉弁１１の側に気体の逆流を防止する逆止弁１２と、気体の圧力を測定する圧力計１３と、気体の流量を自由に変えることが出来る可変式絞り弁１４と、気体の流量を測定する流量計１５を記載の順に配設し、端末で水素ガスを流している水素ガス配管２０５を合流させることによって、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気３０１の圧縮空気と水素ガスとの混合ガスを作ることが可能なように混合ガス配管２０６に接続している。【００２５】  また、水素ガス配管２０５は、端末の水素ガスを作り出す水素ガス発生装置２０から始まって、その途中に気体を減圧することが可能な減圧弁２１と、最高圧と最低圧の圧力の幅を検知して制御することが可能な圧力スィッチ２２と圧力を測定可能な圧力計２３を接続した圧力スィッチ配管２０９と、圧力スィッチ２２に連動して開閉可能な電磁開閉弁２４と、手動によって開閉可能な開閉弁２５と、気体配管２０４の側から水素ガス発生装置３０の側に気体が逆流するのを防止する逆止弁２６と、圧力を測定可能な圧力計２７と、気体の流量を自由に変えることが出来る可変式絞り弁２８と、気体の流量を測定する流量計２９を記載の順に配設し、水素ガスが供給可能となっている。【００２６】  尚、水素ガス発生装置２０に関しては、図１に於いては水素ボンベを考えているが、電気分解による水素ガス発生装置や、その他に水素吸蔵合金による水素ガス発生装置を使用しても構わない。【００２７】  所で、混合ガス配管２０６では、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気３０１の中の圧縮空気と水素ガスの混合ガスを作りながら、混合ガス配管２０６に接続している触媒槽３０に送り込んでいる。  従って、圧縮空気と水素ガスの混合が確実に成されるように、混合ガス配管２０６の長さを長くしたり、混合ガス配管２０６の途中に障害物としての仕切板を多く形成した攪拌槽を設けること等は非常に有効なことである。【００２８】  一方、触媒槽３０には触媒３１が充填されていて、混合ガスが通過すると、下記の数式１に見られる反応を行ないながら反応熱を発生する。【００２９】
【数１】
Ｏ２  ＋  ２Ｈ２  →  ２Ｈ２Ｏ  ＋  反応熱
【００３０】  この場合、触媒３１としては、一例として大きさが３．２ｍｍφ×３．２ｍｍＨである円筒状のアルミナの表面にオングストローム単位のＰｄを付着させたものである。但し、大きさに関しては、実際に使用している一例を示したものでこの物に限定される訳では無い。  また、形状に関しても、円筒に限らず球でも構わない。  従って、触媒槽３０の下流に在る窒素ガス配管２０７には、温度の高い湿った比較的純度の高い窒素ガスが流れて来る。
【００３１】  更に、混合ガスを触媒３１に接触させることによって発生する反応熱による触媒槽３０の異常な高温状態を検知する目的で安全確認手段３２としての温度検出器３２を触媒槽３０の表面に位置させている。
【００３２】  そこで、窒素ガス配管２０７の接続している冷凍式エアードライヤ４０は、流れて来る温度の高い湿った比較的純度の高い窒素ガスを冷却することで露化させ、水分として分離することを目的としているのである。
【００３３】  また、冷凍式エアードライヤ４０では、下部にはドレン水３０２を流すドレン配管２１０を接続し、ドレン配管２１０の途中には手動によって開閉可能な開閉弁４１と端末にはドレントラップ４２を配設し、ドレントラップ４２によって冷凍式エアードライヤ４０にドレン水が一定量溜まったり、一定時間経過する毎に、溜まったドレン水３０２を排出するようにしているのである。
【００３４】  尚、冷凍式エアードライヤ４０に関しては、冷却装置と気液分離装置に分けることも考えられる。  また、分離膜によるものや乾燥剤を使った乾燥装置を使用することも可能である。
【００３５】  この様にして、冷凍式エアードライヤ４０で処理された、乾燥した状態の比較的純度の高い窒素ガスは、窒素ガス配管２０８に送り込まれるのである。
【００３６】  さて、窒素ガス配管２０８の途中には、気体の流量を自由に変えることが出来る可変式絞り弁４３と、気体の流量を測定する流量計４４と、酸素濃度計配管２２４と、気体の圧力を測定する圧力計４５と、最高圧と最低圧の圧力の幅を検知して制御することが可能な圧力スィッチ４９を接続した圧力スィッチ配管２１２を記載の順に配設し、端末には手動によって開閉可能な開閉弁５１を接続している。  この場合、酸素濃度計配管２２４には、その途中に手動によって開閉可能な開閉弁４６と、端末に酸素濃度を測定可能な安全確認手段４７としての酸素濃度計４７を配設している。
【００３７】  また、装置全体に水素ガスが漏れているかどうかを検知する目的で安全確認手段５２としての水素検出器５２を水素ガスの最も発生し易い水素ガス発生装置２０や水素ガス配管２０５の周辺部に配設している。  この場合、検知の効果を更に高める意味からも、水素ガス発生装置２０や水素ガス配管２０５や装置全体をカバー等で覆うことも一つの方法である。
【００３８】  更に、圧力スィッチ２２と温度検出器３２と水素検出器５２と酸素濃度計４７と圧力スィッチ４９は制御装置６０に接続していて、制御装置６０に圧力信号２２１と温度検出信号２２３と水素ガス検出信号２２４と酸素ガス濃度信号２２５と圧力信号２２６を送ることが可能となっている。  加えて、電磁開閉弁２４は制御装置６０に接続していて、制御装置６０から開閉指示信号２２２を受けることが可能となっている。  この場合、圧力スィッチ４９の下流に電磁開閉弁を設け圧力信号２２６の状況によって開閉することも可能である
【００３９】  本発明による、窒素ガスの製造方法および製造装置は前述したように構成されており、以下に、その動作について説明する。
【００４０】  先ず、最上流のエアーコンプレッサによって作り出された流量１ｍ３／ｍｉｎで圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧縮空気を、開閉弁１１から気体配管２０４に送り込む。  この場合、気体配管２０４は水素ガス発生装置３０からの水素ガス配管２０５と混合ガス配管２０６に合流して、混合ガスを触媒槽３０に送り込んでいる。
【００４１】  ここで、水素ガス発生装置２０からは、圧力８ｋｇｆ／ｃｍ２程度の水素ガスを発生させている。  この場合、圧縮空気より水素ガスの方の圧力を高くしている理由は、気体配管２０４を流れる圧縮空気に水素ガス発生装置２０からの水素ガスが合流して混合ガスとするためには、当然のことながら水素ガスの圧力を高くしなければ合流して流れていかないためである。
【００４２】  尚、水素ガス配管２０５の途中には安全確認手段２２である圧力スィッチ２２が配設されていて常に圧力信号２２１を制御装置に送り、水素ガスの圧力に関して設定された一定の圧力の幅を超えると電磁開閉弁２４に開閉指示信号２１２を送ることで閉鎖するようになっている。
【００４３】  ところで、触媒槽３０に於いては、混合ガスを通過させることによって、触媒３１の助けによって混合ガスに含まれている酸素ガスと水素ガスから水を作り出す反応を容易に達成することが出来るのである。  その際、反応に際して、かなりの反応熱を発生するので、その異常を安全確認手段３２である温度検出器３２によって検知し、その情報を温度検出信号２２３として制御装置６０に送っている。
【００４４】  この場合、理論的には同じ圧力で同じ温度の酸素ガスと水素ガスを反応させた場合には、体積比で１：２の割合で反応させると両者過不足なく完全に水となることは一般的に知られている。
【００４５】  ここで、触媒槽３０よりの窒素ガスは、水蒸気を多く含み湿った比較的純度の高い窒素ガスとなっている。  従って、冷凍式エアードライヤ４０を経由させ、ドレン水３０２をドレントラップ４２より排除することで、完全に乾燥した塵埃の少ない純度の高い窒素ガスとして取り出すことが可能となるのである。
【００４６】  尚、図１には具体的に示していないが、触媒槽３０の下流に位置している酸素濃度計４７によって酸素ガスの濃度を測定し、その結果を酸素ガス濃度信号２２５として制御装置６０に送り、制御装置６０にはあらかじめ酸素ガスの０％に近い値の設定をしておいて、酸素ガス濃度信号２２５の値と比較して酸素ガスの０％に近い値の設定より大きい値の場合には、流量増加の微調整指示信号を水素ガス配管２０５の途中に位置している可変式絞り弁２８に送って水素ガスの供給量を増加させるようなことも出来る。
【００４７】  そして、酸素ガスの０％に近い値の設定より小さい値の場合には、流量減少の微調整指示信号を水素ガス配管２０５の途中に位置している可変絞り弁２８に送って水素ガスの供給量を減少させるようなことも出来る。
【００４８】  従って、この場合の窒素ガス配管２０７、２０８を流れる窒素ガスには、不純物として酸素ガスを含んでいて水素ガスを含んでいない比較的純度の高い窒素ガスである。  尚、この場合の酸素ガスの０％に近い値の設定に関しては、特定の値に限定される訳ではなく幅を持った値でも構わない。
【００４９】  また、別の方法として、共に触媒槽３０の下流に位置している、酸素濃度計４７によって酸素ガスの濃度を測定し、その結果を酸素ガス濃度信号２２５として、水素濃度計によって水素ガスの濃度を測定し、その結果を水素ガス濃度信号として制御装置６０に送ることも出来る。  一方、制御装置６０にはあらかじめ水素ガスの０％に近い値の設定をしておいて、酸素ガス濃度信号２２５の値と比較してその値が０％で且つ水素ガス濃度信号の値と比較して水素ガスの０％に近い値の設定より大きい値の場合には、流量減少の微調整指示信号を水素ガス配管２０５の途中に位置している可変式絞り弁２８に送って水素ガスの供給量を減少させるようなことも出来る。
【００５０】  そして、酸素ガス濃度信号２２５の値と比較してその値が０％で且つ水素ガス濃度信号の値と比較して水素ガスの０％に近い値の設定より小さい値の場合と、酸素ガス濃度信号２２５の値と比較してその値が０％以上の値の場合には、流量増加の微調整指示信号を水素ガス配管２０５の途中に位置している可変式絞り弁２８に送って水素ガスの供給量を増加させるようなことも出来る。
【００５１】  従って、この場合の窒素ガス配管２０７、２０８を流れる窒素ガスには、不純物として酸素ガスを含んでいいないで水素ガスを含んでいる比較的純度の高い窒素ガスである為に窒素ガス配管２０８には水素ガスを分離することが出来る水素ガス分離膜を接続することも考えられる。  この場合も、水素ガスの０％に近い値の設定に関しては、特定の値に限定される訳ではなく幅を持った値でも構わない。
【００５２】  何れにしても、下流である窒素ガス配管２０７、２０８の途中の位置に配設された、酸素濃度計４７と水素濃度計によって酸素ガスや水素ガスの濃度を確認しながら、水素ガスや酸素ガスの濃度の何れかが０％になるように、且つ０％で無い方の何れかが０％に近い値になるように水素ガスの流量を調整することは可能である。  その場合、９９．９９９９％の窒素ガス濃度も十分可能である。
【００５３】  ここで、実態としては、酸素ガスと水素ガス両者の濃度を完全に０％にする為には非常に微細な水素ガス流量の調整を必要としている。  しかしながら、食品の貯蔵等に於いて窒素ガスを使用する場合には、酸素ガスが０％でさえあれば水素ガスがわずかに含まれていても問題ないということから、酸素ガスの濃度が０％で水素ガスがわずかに存在する様な流量調整をすることも考えられる。  そしてその場合には、非常に容易に達成出来るのである。  一方、必要に応じて水素ガスが０％でさえあれば酸素ガスが僅かに含まれていても問題ないということも考えられる。
【００５４】  その結果として、酸素ガスの濃度が０％でまたは水素ガスの濃度が０％で９９．９９９９％の窒素ガス濃度のものが達成できるのである。
【００５５】  尚、安全確認手段３２である温度検出器３２や安全確認手段４７である酸素濃度計４７や安全確認手段４９である圧力スィッチ４９や安全確認手段５２である水素検出器５２からの、温度検出信号２２３や酸素ガス濃度信号２２５や圧力信号２２６や水素ガス検出信号２２４によって異常信号が送信された場合には、制御装置６０内に設けられたアラームを発することも可能である。  また、図１には具体的に示していないが、圧力スィッチ４９の下流に電磁開閉弁を設け圧力信号２２６の状況によって開閉することも十分に可能である。
【００５６】（第二実施例）
次に、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気３０１は、図２に見られるように、窒素ガス製造装置８０である分離膜８０によって作り出した酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体である。
【００５７】  従って、第二実施例の構成が第一実施例の構成と違う点は、図２に見られるように、エアーコンプレッサによって作り出した圧縮空気を、圧縮空気配管２０１より窒素ガス製造装置８０である分離膜８０に送り込み、酸素富化ガス３０４を除去して酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体を窒素ガス配管２０３に送り出し、図１に見られる、開閉弁１１に送り込んでいることである。
【００５８】  この場合、分離膜８０は、ポリエステル製で何千ものストロー状の中空糸が束ねられたものより形成され、中空糸の内部に圧縮空気を通すことで、それぞれのガスが固有に持っている中空糸の膜の透過スピードの違いを利用し、空気中に最も多く含まれている窒素ガスを残存させることで分離する装置である。
【００５９】  また、圧縮空気を構成しているガスが中空糸の膜を透過するスピードは、早く放出するガスと放出しにくいガスがあり、残ったガスが窒素ガスということになる。  特に、中空糸の膜がポリエステル製の場合、水蒸気が一番透過しやすく、以下水素ガスやヘリウムガスが続き、最後に酸素ガスとアルゴンガスと窒素ガスが一番透過しにくく、その中でも窒素ガスが一番透過しにくいガスということで、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体が残存し作り出される訳である。
【００６０】  更に、分離膜８０を経由した圧縮空気は、アルゴンガスを含んだ酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体が窒素ガス配管２０３に送り込まれるようになっている。  従って、分離膜８０からは、酸素ガスを中心とする酸素富化ガス３０４が排除されるようになっている。
【００６１】  一方、圧縮空気が分離膜８０を経由する際には、温度が変化する場合には、温度が高い程分離の性能は向上して窒素ガスの純度が高くなり、温度が変化しない場合には、圧縮空気の圧力と時間、即ち流量によって、発生する窒素ガスの純度は左右される。  従って、図２に具体的に図示していないが、上流で圧縮空気を加熱する加熱装置を設けることは、窒素ガスと酸素ガスの分離の性能を向上させる上で非常に有効なのである。その為には、触媒槽３０で発生した熱を利用することも考えられる。
【００６２】  尚、中空糸の膜としては、ポリエステルの他に、ポリオレフィンやポリプロピレン等の樹脂も考えられる。
【００６３】  ここで、窒素ガス配管２０３では、酸素ガスが僅かに混入した９７〜９９．８％程度の酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体が分離膜８０によって作り出され開閉弁１１に送り込まれるようになっている。
【００６４】  本発明による、窒素ガスの製造方法および製造装置は前述したように構成されており、以下に、その動作について説明する。
【００６５】  先ず、最上流のエアーコンプレッサによって作り出された流量１ｍ３／ｍｉｎで圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧縮空気を、圧縮空気配管２０１を経由して窒素ガス製造装置８０である分離膜８０に送り込む。  すると、分離膜８０に接続している窒素ガス配管２０３には、純度が９７％程度の酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体が流れていることを確認することが出来る。  この場合、不純ガスの大半は酸素ガスであり、少量のアルゴンガスを含んでいるものであると言う事が出来る。
【００６６】  尚、窒素ガス製造装置８０による窒素ガス濃度は９７％程度であるということにこだわる必要は無く、流量を調整することによっては９８％、９９％、９９．９％等色々の場合が考えられる。  当然のことながら、窒素ガス濃度が高い程、以降での触媒槽３０での水を作る反応で水素ガスの量が少なくて済むことになる。
【００６７】  一方、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体が開閉弁１１を経由して気体配管２０４に流入して以降、水素ガス発生装置３０からの水素ガスと一緒になって混合ガスとして混合ガス配管２０６に流れ込んでからに関しては、第一実施例と同じ内容になるので省略する。
【００６８】（第三実施例）
最後に、酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気３０１は、図３に見られるように、窒素ガス製造装置９０であるＰＳＡ方式による装置９０によって作り出した酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体である。
【００６９】  従って、第三実施例の構成が第一実施例の構成と違う点は、図３に見られるように、エアーコンプレッサによって作り出した圧縮空気を、圧縮空気配管２０１より乾燥装置７０と圧縮空気配管２０２を経由して窒素ガス製造装置９０であるＰＳＡ方式による装置９０に送り込み、酸素富化ガス３０５を除去して酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体を窒素ガス配管２０３に送り出し、図１に見られる、開閉弁１１に送り込んでいることである。
【００７０】  ここで、ＰＳＡ方式による装置９０に関しては、窒素ガスを作り出す窒素ガス製造装置９０であり、窒素ガス濃度が通常９９〜９９．９９９９％程度ということを除いては、分離膜２０と概ね同等の働きをするものと考えて良い。
【００７１】  所で、ＰＳＡ方式による装置９０は、高圧力下で特定のガスを吸着し低圧力下で特定のガスを吐き出す吸着材を収納した第一吸着槽９１と第二吸着槽９２から構成されていて、加えて開閉の動作を定められた順序で自動的に行なう電磁弁９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９と、流量を変化させる第一絞り弁１０１と第二絞り弁１０２と、装置内配管２４１、２４２、２４３、２４４、２４５、２４６、２４７、２４８、２４９、２５０、２５１、２５２、２５３、２５４、２５５、２５６、２５７、２５８、２５９、２６０と、排気管２６１より構成されているのである。
【００７２】  更に詳細に述べると、圧縮空気配管２０１に続いて乾燥装置７０と圧縮空気配管２０２が接続し、更に圧縮空気配管２０２に接続して、装置内配管２４１、２４６が分岐しているのである。  また、装置内配管２５４、２５９が一体になって窒素ガス配管２０３に接続しているのである。
【００７３】  その間で、装置内配管２４１は、電磁弁９３と装置内配管２４２と装置内配管２４３と第一吸着槽９１と装置内配管２５１と第一絞り弁１０１と装置内配管２５２と装置内配管２５３と電磁弁９８と装置内配管２５４に、記載の順に接続しているのである。
【００７４】  また、装置内配管２４６は、電磁弁４４と装置内配管２４７と装置内配管２４８と第二吸着槽槽９２と装置内配管２５６と第二絞り弁１０２と装置内配管２５７と装置内配管２５８と電磁弁９９と装置内配管２５９に、記載の順に接続しているのである。
【００７５】  更に、装置内配管２４２と装置内配管２４３の接続部に装置内配管２４４を接続し、装置内配管２４７と装置内配管２４８の接続部に装置内配管２４９を接続し、装置内配管２４４は、電磁弁９５と装置内配管２４５と装置内配管２５０と電磁弁９６と装置内配管２４９に、記載の順に接続し、装置内配管２４５と装置内配管２５０の接続部に排気管２６１を接続しているのである。
【００７６】  一方、装置内配管２５２と装置内配管２５３の接続部に装置内配管２５４を接続し、装置内配管２５７と装置内配管２５８の接続部に装置内配管２６０を接続し、装置内配管２５５は、電磁弁４７と装置内配管２６０に、記載の順に接続しているのである。
【００７７】  尚、第一吸着槽９１と第二吸着槽９２には、酸素吸着容量及び酸素と窒素の吸着速度差が大きく、加圧下において短時間のうちに酸素を優先的に吸収することで空気より窒素ガスを分離出来、常圧に戻すことにより吸着した酸素を容易に脱着することが出来る活性炭の一種を収納しているのである。
【００７８】  また、図３には具体的に図示していないが、第一吸着槽９１と第二吸着槽９２の外周に、蛇管より成る加熱手段を配設し、触媒槽３０の表面との間に温水配管と冷水配管とを接続することで、触媒槽３０で発生した熱を水を介して伝達することも可能である。  この場合、図３に具体的に図示していないが、加熱手段の熱源として、電気によるものやガスによるものや蒸気によるものを温水配管や冷水配管とは別に考えても良いし、両者を共に使用しても構わない。
【００７９】  本発明による、窒素ガスの製造方法および製造装置は前述したように構成されており、以下に、その動作について説明する。
【００８０】  この場合、エアーコンプレッサから圧縮空気配管２０１迄の作動に関しては、第二実施例と同じであり、次の乾燥装置７０では、エアーコンプレッサによって作り出された圧縮空気を乾燥させることによって、下流に配設されているＰＳＡ方式による装置９０が効果的に長期間の間作動することを目的としている。
【００８１】  一方、ＰＳＡ方式による装置９０では、酸素吸着容量及び酸素と窒素の吸着速度が大きい活性炭の一種である吸着材を収納した第一吸着槽９１と第二吸着槽９２を構成することで、高圧下では酸素ガスを吸着し低圧下では酸素ガスを吐き出すという吸着材の特性を利用して圧縮空気から窒素ガスを分離抽出している。
【００８２】  従って、吸着材を収納した第一吸着槽９１と第二吸着槽９２において、電磁弁９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９の働きによって加圧作用（高圧化）と減圧作用（低圧化）を交互に繰り返し運転することで、圧縮空気から窒素ガスだけを高濃度に分離抽出して供給することが出来るのである。
【００８３】  この場合、第一吸着槽９１は圧縮空気を供給することによって加圧し、第二吸着槽９２は常圧下まで減圧することで、第一吸着槽９１の吸着材では、吸着初期に多量の酸素ガスを吸着する特性と高圧力下で吸着量が大きい特性によって、高濃度の窒素ガスを窒素ガス配管２０３に送り出し、第二吸着槽９２の吸着材では、吸着されている酸素ガスを分離離脱させることによって、酸素ガスを中心とする気体を排気管２６１から排出するようになっている。
【００８４】  この様にして、第一吸着槽９１と第二吸着槽９２を交互に加圧と減圧の運転を繰り返すことによって、連続的に大量の窒素ガスを供給することが出来るようになっているのである。  尚、交互に加圧と減圧の運転をするには、装置内配管２４１、２４２、２４３、２４４、２４５、２４６、２４７、２４８、２４９、２５０、２５１、２５２、２５３、２５４、２５５、２５６、２５７、２５８、２５９、２６０の途中に配設された電磁弁９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９を開閉することによって成されるが、周知の技術であるのでここでは詳細については省略する。
【００８５】  また、第一吸着槽９１と第二吸着槽９２の直ぐ下流には第一絞り弁１０１と第二絞り弁１０２を配設しているが、その目的とする所は、第一吸着槽９１と第二吸着槽９２を流れる圧縮空気の流量を変化調整することによって、季節的な要因や配管抵抗や第一吸着槽９１と第二吸着槽９２の大きさの違い等の装置の微妙な違いによる窒素ガス濃度の違いやばらつきを、窒素ガスの濃度が高くなりばらつきが小さいように調整することで濃度の高い窒素ガスを得るために設けたものである。  但し、第一絞り弁１０１と第二絞り弁１０２の位置に関しては、第一吸着槽９１と第二吸着槽９２の下流に位置している必要は無く、上流に位置させても構わない。
【００８６】  この様にして、９９．９％程度の濃度を確保した酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体は、窒素ガス配管２０３を経由して水素ガスを合流させて混合ガスとなり触媒槽３０に送り込まれる。
【００８７】  次に、触媒槽３０に送り込まれた酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体は、比較的純度の高い窒素ガスとなって、冷凍式エアードライヤ４０と、必要に応じて水素ガス分離膜を経由するが、共に動作に関しては、第一実施例に同じであるので省略する。
【００８８】  但し、第二実施例の分離膜８０で作り出した濃度が９９．５％の酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体と違って、ＰＳＡ方式による装置９０で作り出した酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体は、濃度が９９．９％程度である為に９９．９９９％以上の窒素濃度は容易に確保出来る。
【００８９】  尚、第一吸着槽９１と第二吸着槽９２の外周に配設した蛇管より成る加熱手段と触媒槽３０との間を温水配管と冷水配管とを接続することで、触媒槽３０で発生した熱を水を介して伝達することで、ＰＳＡ方式による装置９０を加熱することが可能となっているのである。  この事によって、効率的に窒素ガスを作り出すことが出来るようになったのである。  この場合、加熱の方法としては、電気によるものやガスによるものや蒸気によるものを別に考えても良いし、一緒に加えても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】  本発明の全体図
【図２】  本発明の全体図の上流に付加する分離膜の図
【図３】  本発明の全体図の上流に付加するＰＳＡ方式による装置の図
【符号の説明】
【００９１】１１・・・・・・・開閉弁
１２・・・・・・・逆止弁
１３・・・・・・・圧力計
１４・・・・・・・可変式絞り弁
１５・・・・・・・流量計
２０・・・・・・・水素ガス発生装置
２１・・・・・・・減圧弁
２２・・・・・・・安全確認手段（圧力スィッチ）
２３・・・・・・・圧力計
２４・・・・・・・電磁開閉弁
２５・・・・・・・開閉弁
２６・・・・・・・逆止弁
２７・・・・・・・圧力計
２８・・・・・・・可変式絞り弁
２９・・・・・・・流量計
３０・・・・・・・触媒槽
３１・・・・・・・触媒
３２・・・・・・・安全確認手段（温度検出器）
４０・・・・・・・冷凍式エアードライヤ
４１・・・・・・・開閉弁
４２・・・・・・・ドレントラップ
４３・・・・・・・可変式絞り弁
４４・・・・・・・流量計
４５・・・・・・・圧力計
４６・・・・・・・開閉弁
４７・・・・・・・安全確認手段（酸素濃度計）
４９・・・・・・・安全確認手段（圧力スィッチ）
５１・・・・・・・開閉弁
５２・・・・・・・安全確認手段（水素検出器）
６０・・・・・・・制御装置
７０・・・・・・・乾燥装置
８０・・・・・・・窒素ガス製造装置（分離膜）
９０・・・・・・・窒素ガス製造装置（ＰＳＡ方式による装置）
９１・・・・・・・第一吸着槽
９２・・・・・・・第二吸着槽
９３・・・・・・・電磁弁
９４・・・・・・・電磁弁
９５・・・・・・・電磁弁
９６・・・・・・・電磁弁
９７・・・・・・・電磁弁
９８・・・・・・・電磁弁
９９・・・・・・・電磁弁
１０１・・・・・・第一絞り弁
１０２・・・・・・第二絞り弁
２０１・・・・・・圧縮空気配管
２０２・・・・・・圧縮空気配管
２０３・・・・・・窒素ガス配管
２０４・・・・・・気体配管
２０５・・・・・・水素ガス配管
２０６・・・・・・混合ガス配管
２０７・・・・・・窒素ガス配管
２０８・・・・・・窒素ガス配管
２０９・・・・・・圧力スィッチ配管
２１０・・・・・・ドレン配管
２１１・・・・・・酸素濃度計配管
２１２・・・・・・圧力スィッチ配管
２２１・・・・・・圧力信号
２２２・・・・・・開閉指示信号
２２３・・・・・・温度検出信号
２２４・・・・・・水素ガス検出信号
２２５・・・・・・酸素ガス濃度信号
２２６・・・・・・圧力信号
２４１・・・・・・装置内配管
２４２・・・・・・装置内配管
２４３・・・・・・装置内配管
２４４・・・・・・装置内配管
２４５・・・・・・装置内配管
２４６・・・・・・装置内配管
２４７・・・・・・装置内配管
２４８・・・・・・装置内配管
２４９・・・・・・装置内配管
２５０・・・・・・装置内配管
２５１・・・・・・装置内配管
２５２・・・・・・装置内配管
２５３・・・・・・装置内配管
２５４・・・・・・装置内配管
２５５・・・・・・装置内配管
２５６・・・・・・装置内配管
２５７・・・・・・装置内配管
２５８・・・・・・装置内配管
２５９・・・・・・装置内配管
２６０・・・・・・装置内配管
２６１・・・・・・排気管
３０１・・・・・・酸素ガスを不純物として含んでいる窒素ガスを中心とする気体または圧縮空気
３０２・・・・・・ドレン水
３０３・・・・・・純度の高い窒素ガス
３０４・・・・・・酸素富化ガス
３０５・・・・・・酸素富化ガス
【図１】
2005343776.tif 000003
【図２】
2005343776.tif 000004
【図３】
2005343776.tif 000005